JP2006034099A

JP2006034099A - ブラシレスモータの制御方法

Info

Publication number: JP2006034099A
Application number: JP2005296264A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Ohara; 義之尾原
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2016-03-29
Also published as: JP3818389B2

Abstract

【課題】ブラシレスモータを位置検出運転と同期運転とを併用して起動を行い、しかも高トルクで効率的に行う。
【解決手段】制御回路１１は、ブラシレスモータ４に所定電圧を印加して同ブラシレスモータ４を起動する一方、この起動開始から回転子の位置検出があるときには所定時間のディレイ後にブラシレスモータ４の電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの通電を切り替え、その位置検出がないときには強制的に通電を切り替える。また、通電切り替えから位置検出をマスクし、このマスク終了から所定時間内に位置検出があるときには通電を切り替え、そのマスク終了から所定時間後に位置検出があるときには同位置検出から所定時間のディレイ後に通電を切り替える。さらに、位置検出の状況に応じて不安定ブロックおよび安定ブロックに分け、不安定ブロック時にはマスクの時間を長くし、位置検出の安定とともにマスクの時間を短く、安定ブロック時には位置検出間隔の時間をもとにしてディレイの時間を算出して用いる。
【選択図】図１

Description

本発明はコンプレッサ等のモータに用いるセンサレス直流ブラシレスモータ（以下ブラシレスモータと記す）の起動制御技術に係り、特に詳しくは起動時に高トルクを発生して安定した確実な起動を可能とするブラシレスモータの制御方法に関するものである。

ブラシレスモータの制御方法においては、ブラシレスモータの非通電相（非通電電機子巻線）に発生する誘起電圧を用いて回転子の位置検出をし、この位置検出をもとにしてブラシレモータの電機子巻線電流の通電を切り替える。

ブラシレスモータの起動開始時には回転子が停止しているために誘起電圧が発生しないことから同期運転等を行い、しかる後適当な速度まで加速し、誘起電圧が十分に発生した時点で同期運転から位置検出運転へモード移行を行う。

そのため、例えば図８に示す制御装置が必要である。この制御装置は、交流電源１をＡＣ／ＤＣ変換部２で所定の直流電源に変換し、この直流電源をインバータ部３のスイッチング素子Ｕａ，Ｖａ，Ｗａ，Ｘ，Ｙ，Ｚでスイッチングしてブラシレスモータ（ＤＣＭ）４の電機子巻線に供給する。

位置検出回路５はブラシレスモータ４の端子電圧をアナログ積分回路等に通して得た位置検出信号（図８の実線および二点鎖線）を制御回路（マイクロコンピュータ）６に出力し、制御回路６は位置検出信号によりインバータ部３のスイッチング素子Ｕａ，Ｖａ，Ｗａ，Ｘ，Ｙ，Ｚを所定に駆動してブラシレスモータ４の電機子巻線電流の通電を切り替える。

最近では、精度、効率の向上が望めるディジタル方式が主流になっており、このディジタル方式の場合、図８に示す位置検出回路５は電機子巻線の端子電圧（誘起電圧）と基準電圧とを比較し、この比較結果（位置検出信号）を制御回路６に出力する。

制御回路６はその位置検出信号により回転子の位置検出処理を実行し、この位置検出をもとにしてブラシレスモータ４の通電切り替えタイミング（機械角３０度あるいは９０度）を算出し、このタイミングで通電を切り替える。

このディジタル方式によると、位置検出回路５にアナログ積分回路等を用いないため、位置検出運転時の通電切り替えを高精度に制御することができ、また起動の同期運転から位置検出運転へのモード移行も短時間で行うことが可能である。

また、前記ディジタル方式の制御方法に合わせて起動を行うことが好ましく、ディジタル位置検出に最適な位置検出運転と同期運転とを併用して起動することが考えられる。

この場合、ブラシレスモータ４の電機子巻線電流の通電開始時から非通電電機子巻線には誘起電圧が発生することを利用し、この誘起電圧により回転子の位置を検出し、この位置検出があるときには同位置検出点により通電を切り替える位置検出運転を実行し、位置検出がないときには所定時間で通電を切り替える同期運転を実行する。

しかしながら、ブラシレスモータ４の起動時においては、重負荷等により起動特性が変動し、回転磁界と回転子との位相がずれ、つまり起動が安定していないために脱調することもある。

また、ブラシレスモータ４の通電切り替えについては、位置検出から所定角度（３０度）遅延した点で通電を切り替えると、最も効率よくトルクが発生するが、前述したように、位置検出により通電を切り替えると、どうしても高トルク発生が望めず、ひいては起動が安定せず、位置検出運転モードへの移行がスムーズにできないこともある。

本発明は前記課題に鑑みなされたものであり、その目的は位置検出運転と同期運転とを併用して起動を行い、しかも高トルクで効率的に行うことができ、ひいては起動の安定化を図り、位置検出運転へのモード移行を短時間で速やかにできるようにしたブラシレスモータの制御方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ブラシレスモータを起動し、しかる後位置検出運転へモード移行するブラシレスモータの制御方法において、
前記ブラシレスモータの電機子巻線に発生する誘起電圧と基準電圧とを比較して回転子の位置検出信号を得る回転子位置検出手段を含み、前記ブラシレスモータの起動時において、前記回転子位置検出手段により前記回転子の位置検出信号が検出された際には、前記位置検出信号の検出時点からその位置検出信号の検出時間間隔とは無関係にあらかじめ設定された所定のディレイ時間経過後に前記ブラシレスモータの電機子巻線への通電を切り替え、前記位置検出信号が検出されないときには、あらかじめ設定された所定時間で前記電機子巻線への通電切り替えを強制的に行うことを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、ブラシレスモータを起動し、しかる後位置検出運転へモード移行するブラシレスモータの制御方法において、
前記ブラシレスモータの電機子巻線に発生する誘起電圧と基準電圧とを比較して回転子の位置検出信号を得る回転子位置検出手段を含み、前記ブラシレスモータの起動時において、前記ブラシレスモータの通電切り替え時点から所定時間前記回転子の位置検出をマスクし、該マスクの終了後において前記回転子の位置検出信号が検出された際には、前記位置検出信号の検出時点からその位置検出信号の検出時間間隔とは無関係にあらかじめ設定された所定のディレイ時間経過後に前記電機子巻線への通電を切り替え、前記位置検出信号が検出されないときには、あらかじめ設定された所定時間で前記電機子巻線への通電切り替えを強制的に行うことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、位置検出があるときには所定時間のディレイ後に電機子巻線電流の通電を切り替え、つまり通電切り替えを適切に行うことができ、位置検出運転と同期運転とを併用したハイブリッド起動において高トルクで効率的な起動を行うことができ、ひいては起動の安定化を図り、位置検出運転へのモード移行を短時間で速やかにできるという効果がある。

請求項２に記載の発明によれば、通電切り替えから所定時間位置検出をマスクすることにより誤った位置検出を防止し、位置検出運転とほぼ同じ動作を可能とし、また位置検出運転と同期運転とを併用したハイブリッド起動において高トルクで効率的な起動を行うことができ、ひいては起動の安定化を図り、位置検出運転へのモード移行を短時間で速やかにできるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図１ないし図７を参照して詳細に説明する。なお、図１中、図８と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

図１において、本発明のブラシレスモータの制御方法を適用した制御装置は、ブラシレスモータ４の端子電圧（誘起電圧を含む）を位置検出回路１０に入力し、それら端子電圧（誘起電圧）を合成した中性点電圧を得るとともに、この中性点電圧と基準電圧（例えば端子電圧の１／２）とを比較して位置検出信号を得て制御回路１１（マイクロコンピュータ）に与える。

制御回路１１は、図８に示す制御回路６の機能の他に、ブラシレスモータ４の起動時に位置検出回路１０からの位置検出信号により回転子の位置を検出することができたときには同位置検出をもとにしてインバータ部３のスイッチング素子Ｕａ，Ｖａ，Ｗａ，Ｘ，Ｙ，Ｚを所定に駆動して電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの通電を切り替え、所定時間内に回転子の位置を検出することができないときには強制的に通電を切り替える。

また、制御回路１１は、前述した位置検出運転と同期運転とを併用した起動（ハイブリッド起動）において位置検出から所定時間マスク（所定時間位置検出を禁止）する一方、第１のブロック（位置検出の不安定ブロック）および第２のブロック（位置検出の安定ブロック）に分けてブラシレスモータ４を回転制御する。

第１のブロック時には、前記マスクの時間を長くして誤位置検出を防止し、また位置検出から所定時間のディレイ後に通電を切り替え、つまり所定のディレイ時間の挿入を可能とし、重負荷によらず、起動を安定化し、トルク発生効率を高める。第２のブロック時には、ほぼ位置検出運転と同じ動作を行って高トルク発生を実現する。

なお、モード移行後の位置検出運転では位置検出信号により回転子の位置を検出し、この位置検出を基準として通電切り替えタイミングを算出してブラシレスモータ４の通電を切り替える。

次に、前記ディジタル方式を採用した制御装置の動作を図２のフローチャート図と、図３ないし図７のタイムチャート図とを参照して説明する。なお、この実施の形態では一般的に採用されている電圧可変方式のＰＷＭ制御の場合を例にして説明する。

まず、ブラシレスモータ４を起動するため、制御回路１１は起動パラメータ（設定電圧、強制切り替え時間やマスク時間等を含む）に基づいて同期運転の駆動信号を発生してインバータ部３の複数のトランジスタを駆動し、ブラシレスモータ４の電機子巻線の通電を切り替える一方、所定時間位置検出を禁止する（マスクする）。この通電切り替えにより（強制切り替えにより）、固定子には回転磁界が発生し、この回転磁界を追従するように回転子が回転する。

すると、図３に示すように、ブラシレスモータ４の非導通電機子巻線には誘起電圧が発生するようになり、位置検出回路１０はその誘起電圧を含む中性点電圧と基準電圧との交点情報（位置検出）の位置検出信号を制御回路１１に出力する。

このとき、制御回路１１は、強制切り替え時間内であれば、ステップＳＴ１からＳＴ２に進み、誘起電圧と基準電圧ｋとの交点（位置検出）の有無を判断し、位置検出がなければステップＳＴ１に戻る。

強制切り替え時間までに位置検出ができなければ、ステップＳＴ１からＳＴ７に進み、起動パラメータにしたがって通電を切り替え、この通電切り替えとともに、マスク時間のための内部タイマをスタートする。この場合、位置検出がないため、位置検出間隔の時間を算出、記憶することはない。なお、マスク時間は、前述したように第１のブロックでは長くしている。

続いて、位置検出が行われていないことから、第１のブロックから第２のブロクへの条件を満足せず、ステップＳＴ８からＳＴ１に戻って前述の処理を繰り返す。

前記強制切り替え時間内において、位置検出があるときにはステップＳＴ２からＳＴ３に進み、マスク時間内であるか否かを判断する。図３に示すように、マスク時間内であれば、位置検出と見なさずにステップＳＴ１に戻って前述した処理を繰り返す。

位置検出がマスク時間外にあったときには、ステップＳＴ３からＳＴ４に進み、マスク時間直後であるか否かを判断する。例えば、図４に示す誘起電圧が発生し、マスク終了とほぼ同時に位置検出（チョッピングのエッジ）があった場合、既に位置検出を通過している可能性もあり、つまり本来の位置検出がマスクに隠れることもある。

なお、マスク時間直後としては予め一定時間を設定してマクス終了から同一定時間までとし、この一定時間とマスク終了から計時した時間とを比較してマスク解除直後の判断基準とする。

したがって、位置検出がマスク時間直後である場合には、ステップＳＴ４からＳＴ７に進み、ディレイ時間を挿入することなく、位置検出とほぼ同時に通電を切り替え、前述した処理を実行する。

続いて、位置検出がマスク時間後から一定時間経過してからあった場合、ステップＳＴ４からＳＴ５に進み、ディレイ定数（ディレイ時間）をセットし、このディレイ定数の時間が経過すると（ステップＳＴ６）、通電を切り替える（ステップＳＴ７）。

例えば、図５に示す誘起電圧が発生している場合、回転子が回転磁界に対して良好な位置にあると見なせる。そこで、すぐに通電を切り替えず、位置検出運転のように、位置検出からディレイ定数の時間後に通電を切り替える。

このディレイ定数は予め設定した一定値である。すなわち、第１のブロックは起動開始から間もなく、位置検出が不安定であり、しかも加減速の激しい時であり、位置検出間隔等をもとにしてそのディレイ定数を算出して用いることは、例えばディレイ定数が大き過ぎて（遅延が長すぎて）、脱調が起きる（起動失敗）等のリスクが増大するからである。なお、ディレイ定数は予め複数個用意し（メモリに記憶し）、通電切り替えのステップ（間隔）に応じて使い分けるようにすると好ましい。

このように、第１のブロックでは、通電切り替えから所定時間位置検出をマスクし、かつマスク時間を長くし、また位置検出が本来のものと見なせるときには同位置検出から一定時間（ディレイ定数）後に通電を切り替えるようにしたので、回転磁界と回転子の位置とを良好な位置関係とすることができ、つまり起動時（第１のブロック）において高トルク発生を望むことができる。

なお、例えば図６に示す誘起電圧が発生している場合、つまり位置検出がない場合には強制切り替え時間直後に通電を切り替えることになる（ステップＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ７）。

続いて、前記第１のブロックから第２のブロックへの移行の判定をステップＳＴ８で実行するが、この移行は使用負荷の範囲および印加電圧の変動範囲を考慮し、十分に安定した状態で行うことが好ましい。そこで、予め経験的に求めた時間が経過し、あるいは所定回数通電を切り替える等を条件とする。

なお、その移行は可変的としてもよい。例えば、直流電圧を起動期間中一定あるいは大きく変化させないようにすると、安定状態では負荷とトルクが平衡した回転数で定速となる。

したがって、図７に示すように、位置検出間隔の時間を比較し、今回の位置検出間隔と前回の位置検出間隔がほぼ一定となり、あるいは所定許容誤差範囲内であれば、第１のブロックから第２のブロックへの移行可として移行を行うようにしてもよい。また、その比較結果が所定回数連続して一定となり、あるいは所定許容誤差範囲内に納まっている場合に移行可の判定を行うと、より確実な判定が可能であり、つまり確実に安定した起動であると判定することができる。

例えば、三相四極のモータの場合、六相間分を常に記憶しておき、それらの位置検出間隔の時間を比較し、条件を満足したときには第２のブロックへ移行する。この場合、何等かの原因により、まったく条件を満足しないこともあることを考慮し、所定回数通電を切り替え、あるいは第１のブロックでの制御が所定時間経過したときには、位置検出間隔が一定にならないことがあっても、第２のブロックへ移行するようにしてもよい。

第１のブロックから第２のブロックへの移行可と判定したときには、ステップＳＴ８からＳＴ９に進み、第２のブロックの制御を実行する。

前述したように、既に第１のブロックにおいて、位置検出が安定していることから、第２のブロックでは回転子の位置と回転磁界との位相がほぼ合った状態で、位置検出運転と同等の処理を実行する。

また、前記マスクの必要はないが、通電切り替えによって発生するノイズ等を考慮してマスクを設けている。したがって、このマスク時間は第１のブロック時よりも遥かに短く、また起動から位置検出運転へモード移行するための予備期間とする必要もあり、そのマスク時間を減少させている。

すなわち、回転が安定して回転数が上昇すると、マスクが本来の位置検出を隠す恐れもあるからである。また、回転数は印加電圧と負荷状態によって決まり、特に高印加電圧、軽負荷時にマスクの掛け過ぎによる影響が懸念されるからである。

まず、位置検出があるか否かを判断し（ステップＳＴ９）、位置検出があるときにはマスク時間内であるか否かを判断し（ステップＳＴ１０）、マスク時間内であるときにはノイズ等によるものであるかを判断してステップＳＴ９に戻る。

続いて、マスク時間経過後に位置検出があるときには、ステップＳＴ１０からＳＴ１１に進み、位置検出間隔の時間を算出し、この算出時間をもとにして通電切り替えまでのディレイ時間を算出し、この算出ディレイ時間を内部タイマにセットする。例えば、図７に示す誘起電圧が発生している場合、位置検出間隔時間Ｔを電気角６０度の時間と見立て、その１／２の時間Ｔ／２をディレイ時間とする。

前記位置検出からディレイ時間Ｔ／２が経過すると、ステップＳＴ１１からＳＴ１２に進み、通電を切り替え、起動から位置検出運転へのモード移行条件を満足しているか否かを判断する（ステップＳＴ１４）。

このモード移行条件としては、回転状態が安定し、例えば位置検出間隔が第１のブロックから第２のブロックへ移行したときよりも一定していることを条件とする。

前記条件が満足できないときには、位置検出運転へのモード移行を行わず、ステップＳＴ９に戻り、前述した処理を繰り返す。

なお、第２のブロックの処理中に、位置検出がないときには、ステップＳＴ９からＳＴ１５に進み、第２のブロックへ移行してから所定時間が経過しているか否かを判断する。

所定時間が経過していないときにはステップＳＴ９に戻り、前述した処理を繰り返す。その所定時間が経過しているときには、起動異常とし、再起動するようにする。すなわち、第２のブロックへ移行してから所定時間経過したにもかかわらず、位置検出がないということは回転状態が異常になっている可能性が高いからである。

このように、第２のブロックでは、第１のブロックにおいて位置検出の安定を確認していることもあって、ほぼ位置検出運転と同等の処理を行うようにしたので、確実にハイブリッド起動を行うことができ、位置検出運転へのモード移行に際し、ハイブリッド起動が安定していることから、位置検出運転へモード移行をスムーズに行うことができ、以後の位置検出運転を良好に行える。

本発明の一実施の形態を示し、ブラシレスモータの制御方法が適用される制御装置の概略的ブロック線図。図１に示す制御装置の動作を説明するための概略的フローチャート図。図１に示す制御装置の動作を説明するための概略的タイムチャート図。図１に示す制御装置の動作を説明するための概略的タイムチャート図。図１に示す制御装置の動作を説明するための概略的タイムチャート図。図１に示す制御装置の動作を説明するための概略的タイムチャート図。本発明の他の実施の形態を示し、ブラシレスモータの制御方法を説明するための概略的タイムチャート図。従来のブラシレスモータの制御装置の概略的ブロック線図。

符号の説明

３インバータ部
４ブラシレスモータ（センサレス直流ブラシレスモータ）
６，１１制御回路（マイクロコンピュータ）
１０位置検出回路
ｋ基準電圧
Ｕ，Ｖ，Ｗ電機子巻線（ブラシレスモータ４の）

Claims

ブラシレスモータを起動し、しかる後位置検出運転へモード移行するブラシレスモータの制御方法において、
前記ブラシレスモータの電機子巻線に発生する誘起電圧と基準電圧とを比較して回転子の位置検出信号を得る回転子位置検出手段を含み、前記ブラシレスモータの起動時において、前記回転子位置検出手段により前記回転子の位置検出信号が検出された際には、前記位置検出信号の検出時点からその位置検出信号の検出時間間隔とは無関係にあらかじめ設定された所定のディレイ時間経過後に前記ブラシレスモータの電機子巻線への通電を切り替え、前記位置検出信号が検出されないときには、あらかじめ設定された所定時間で前記電機子巻線への通電切り替えを強制的に行うことを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
ブラシレスモータを起動し、しかる後位置検出運転へモード移行するブラシレスモータの制御方法において、
前記ブラシレスモータの電機子巻線に発生する誘起電圧と基準電圧とを比較して回転子の位置検出信号を得る回転子位置検出手段を含み、前記ブラシレスモータの起動時において、前記ブラシレスモータの通電切り替え時点から所定時間前記回転子の位置検出をマスクし、該マスクの終了後において前記回転子の位置検出信号が検出された際には、前記位置検出信号の検出時点からその位置検出信号の検出時間間隔とは無関係にあらかじめ設定された所定のディレイ時間経過後に前記電機子巻線への通電を切り替え、前記位置検出信号が検出されないときには、あらかじめ設定された所定時間で前記電機子巻線への通電切り替えを強制的に行うことを特徴とするブラシレスモータの制御方法。